Elektřina s vůní dřeva (2): Energetické využití odpadů

V minulém čísle jsme se zabývali principy zplyňování dřeva a možnou renesancí výroby elektřiny spalováním dřevoplynu. Další zatím málo využívaným zdrojem energie jsou komunální a další odpady. Technologiím zplyňování odpadů již bylo věnováno i několik odborných seminářů v Praze a v Brně.

Obr. 1: Komunální odpad na skládce je především zdrojem energie

Obr. 2: Komunální odpad na skládce je především zdrojem energie

V úvodu seminářů vždy zaznívalo, že civilizovaný svět řeší problémy nakládání s odpady a menší dostupnost energetické biomasy. Při likvidaci například energetickým zplyňováním probíhá nejen jejich oxidace (spalování), ale i řada redukčních reakcí, při kterých se rozkládají některé škodlivé látky. Zařízení pro energetické zplyňování proto současně slouží i k ekologické likvidace nebezpečných odpadů..

Další pozitivní zprávou je, že odpad se již i v pojetí MŽP ČR stal energetickou surovinou, kterou je možné efektivně a ekologicky využívat. A existuje již i několik moderních technologií, které mohou z odpadů ve finále produkovat elektřinu a teplo i na lokální úrovni.

Obr. 3: Jednota pro vakuovou pyrolýzu Southern Cogen Systems Pvt. Ltd. (SCOGEN) ve zkušebním provozu

Složení odpadu

Vzhledem k dělení odpadů podle původu je nejsložitější komunální odpad, a proto je také nejhůře energeticky využitelný. Z toho důvodu je třeba snižovat jeho objem na skládce tříděním již v domácnostech nebo ve sběrných dvorech. Separovaný sběr umožní snížit i odpady, které nejsou biologicky odbouratelné anebo jinak využitelné (recyklovatelné).

Mezi biologicky rozložitelné patří zejména zahradní odpady, potraviny, papír, lepenka a také dřevo. K materiálům., které nelze kompostovat, patří například zejména: sklo, kovy, plasty (včetně pryže). Tyto materiály lze ale různými způsoby úspěšně recyklovat.

Na seminářích zaznělo, že v ČR do skládek v přepočteném energetickém ekvivalentu hnědého uhlí ročně ukládáme 2,5 mil. tun hnědého uhlí, což je sice „jen“ 5 % roční těžby, ovšem s nesrovnatelnou nižší objemovou hmotností. Takže to nakonec nemusí být tak zlé: Nyní ze státních prostředků připravujeme nová ložiska novodobě obnovených energetických zdrojů energie. A z budoucích státních dotací na využití OZE pak tyto budeme zdroje odlesňovat, otevírat a těžit

Obr. 4: Elektrárna na biomasu fungující na principu energetického zplyňování v rakouském Güessingu

Zdroj energie

Počet našich fungujících spaloven odpadů na počet obyvatel je například v porovnání se Švýcarskem 36 : 3 v náš neprospěch. Postavit v ČR novou spalovnu bylo a stále je velmi obtížné a podařilo se to jen v Praze, Brně a Liberci. V Brně ale nyní probíhá dlouhodobá odstávka způsobená vynucenou modernizací a spalovna jede pouze na jeden kotel. Přes zimu však vyhasne i ten. Kam pak bude směřovat všechno to smetí? Na skládku kousek za Brnem.

Na semináři Českého svazu zaměstnavatelů v energetice, pořádaném v rámci doprovodného programu MSV v Brně v roce.2008, z úst náměstkyně ministra životního prostředí Ing. Rut Bízkové zaznělo, že skládkování odpadů v podobné míře lze najít pouze ve třech zemích světa: ČR, SR a Litvě. Z tohoto pohledu se tedy řadíme mezi „velmoci“. Na otázku, proč je tak obtížné v ČR realizovat novou spalovnu a proč se spalovny nestaví ve větším měřítku jako jinde ve světě, Ing. Bízková odpověděla, že podpora z veřejných zdrojů (dotace) je rozdělována v souladu s plánem odpadového hospodářství ČR, který preferuje materiálové (surovinové) využití komunálního odpadu před energetickým. Na to v příspěvku Legislativní rámec programu na podporu OZE a úspor energie reagoval Ing. František Plechač, bývalý mnohaletý ředitel Státní energetické inspekce, slovy: „To je sice hezké, nedá se s tím polemizovat, ale jen materiálové využití odpadů v ČR ani jinde ve světě nefunguje.“

Na semináři konaném v květnu letošního roku ale také odborníci z MŽP připustili, že komunální odpad sice již prakticky neobsahuje žádné využitelné „suroviny“, ale na druhé straně á v sobě značné množství energie.

Praktické technologie

Praktické využití pro zpracování odpadů pyrolýza (případně kopyrolýza) a energetické zplyňování. Pyrolýzou je termický rozklad organických materiálů za omezeného přístupu kyslíku (podle typu pyrolýzy). Materiál se ohřívá nad mez termické stability přítomných organických sloučenin, což vede ke štěpení až na stálé nízkomolekulární produkty a tuhý zbytek. Energetické zplyňování odpadů je založeno na jejich intenzivní oxidaci (spalování).

Obr. 5: Testování prototypu pyrolýzní jednotky Pyromatic (zplyňováním fragmentovaných platebních karet vzniká výhřevný plyn vhodný pro kogeneraci)

Likvidace autovraků

Společnost Eliav u nás jako jedna z prvních provádí ekologickou likvidaci autovraků. Při tom vznikne množství odpadů, jako pneumatiky, plasty, molitan, atd., které je možné dále zužitkovat ekologicky i energeticky vhodnou formou. Je tedy logické, že mají i zařízení na energetické zpracování těchto odpadů, pracující na principu vakuové pyrolýzy. V temperované retortě bez přístupu vzduchu a za sníženého tlaku se zplyňují materiály obsahujících uhlovodíky. Investice vložená do této malé pyrolýzní jednotky s výkonem asi 250 kg druhotných surovin za hodinu by se jim měla vrátit nejpozději do pěti let.

Zájem o technologii vakuové pyrolýzy u nás vyvolal zejména Ing. Jiří Hermann. Výsledkem jeho činnosti je, že se do ČR dovezla první malá demonstrační jednotka. Touto metodou je možno, kromě zpravování výše uvedených druhotných surovin, zpracovávat také biomasu, hnůj, odpady z ČOV, část městských odpadů, likvidovat staré ekologické zátěže apod., a to vše bez ekologické zátěže okolí.

Obr. 6: Testování prototypu pyrolýzní jednotky Pyromatic (zplyňováním fragmentovaných platebních karet vzniká výhřevný plyn vhodný pro kogeneraci)

Zpracování pneumatik

V médiích svého času proběhla zpráva, že Vysoká škola báňská, TU Ostrava, vyvinula speciální zařízení na zpracování odpadu:. ze starých pneumatik nebo plastů, které běžně končí ve spalovně nebo na skládce, umí vyrobit elektřinu a teplo. Jejich pyrolýzní jednotka je v Česku zatím stále unikátem, i když patentovaným Evropskou unií i Spojenými státy. V budoucnu by ji ale mohly využívat například malé obce jako místní zdroj elektřiny či vytápění. Na jednom z odborných seminářů o tom referoval vedoucí tohoto projektu a profesor na VŠB Václav Roubíček se svým spolupracovníkem Ing. Smělíkem ze společnosti Arrow Line (investorem projektu).

První funkční prototyp tohoto zařízení byl vyroben již v roce 2003 pod názvem Pyromatic. Prošel několika vývojovými modifikacemi a úpravami a nyní je ve zkušebním provozu. Podle teoretických propočtů je pyrolýza modelových organických látek exotermní proces. Aktivační energie rozkladu je ale vysoká, takže je nutno ji nejprve dodat. Rozkladem pak vznikají plynné látky a proces může již probíhat samovolně. V budoucnu by tato technologie mohla do značné míry pomoci vyřešit lokální likvidaci odpadních plastů a pneumatik, ale i dřevní štěpky a dalších organických odpadů. Uvažuje se také o kopyrolýze fosilních paliv, která nejsou vhodná pro energetické účely. Vzhledem k tomu, že za rok vzniká v Evropě 15 mil. tun odpadních plastů a 2,8 mil. tun odpadních pneumatik, může být jejich komerční zpracování jistě velmi zajímavé.

Zplyňování biomasy

Mezi zdařilé instalace pracující na principu energetického zplyňování patří například projekt Technické univerzity ve Vídni: Její malá zplyňovací elektrárna spolehlivě pracuje v Güessingu již od roku 2002. Technická univerzita na výzkumu společného zplyňování biomasy a vytříděných plastů spolupracuje také s Ústavem chemických procesů AV ČR na přípravě podobného projektu v ČR.

O podobné aplikaci referovali ve svých příspěvcích Ing. Leoš Gál z Technologické platformy pro biopaliva i odborníci z VUT v Brně. Praktické realizace se ujalo konsorcium Technologické centrum biopaliv Lovosice jako nezisková organizace (zisk bude použit na splácení úvěru a další financování výzkumu). Základní parametry plánovaného prototypu: Vstup 2,5 t dřevní štěpky/hod, elektrický výkon 2 MW, tepelný výkon 4,5 MW. Investice je asi 250 mil. Kč. Technologie umožní i bez dotací provozovat pilotní projekt po dobu pěti let a díky dostatku vyrobeného syntézního plynu lze pracovat i na jeho konverzi na motorová paliva. V důsledku nedostatku biomasy v lokalitě Lovosice byl projekt přesunut do areálu společnosti DEZA ve Valašském Meziříčí. Nicméně z finančních důvodů se ani tam v nejbližší době provozní realizace zřejmě nedočkáme.

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu